롤 커플된 탐색기 정보 기반 시선각속도 추정 = LOS Rate Estimation Based on Roll-coupled Seeker Information

국문 초록 (Abstract)

대공 유도탄에는 표적을 요격하기 위하여 적외선 탐색기가 많이 사용되며, 종말호밍 단계에서 정밀 요격을 위하여 탐색기로부터 획득한 시선각속도 정보를 이용한 비례항법 유도를 수행한다. 2축 김발형 탐색기의 경우 관성좌표계 상의 표적 지향을 통해 유도탄과 표적 간의 시선각속도 정보를 직접 제공하는 이점이 있어 정밀 유도탄에 사용된다.
대부분의 대공 유도탄에는 노즈 정면에 탐색기가 장착되어 있으며, 대기에 의한 공력가열로 인하여 탐색기의 성능이 저하된다. 이러한 문제를 완화하는 방법 중 하나로 노즈 측면에 탐색기를 장착하는 것으로 노즈 정면에서의 직접적인 공력가열을 회피할 수 있다. 그러나 측면에 탐색기가 장착되면 표적을 지향하기 위하여 유도탄의 롤 기동이 수반되며 종/횡 방향 시선각속도에 커플링이 발생한다. 롤 커플링에 따라서 기존의 종/횡 분리를 통한 시선각속도 추정이 어려우므로 롤 운동을 보상한 시선각속도를 추정하는 방법이 필요하다.
본 논문에서는 측면에 장착된 탐색기에 대하여 롤 기동에 따른 커플링을 보상하여 시선각속도를 추정하기 위한 기법을 제안한다. 시선각속도를 추정하기 위하여 비행체 정보만을 가용한 bearing-only measurement 문제로 접근하며 이러한 경우 롤 커플된 시선각속도 추정 문제는 오준각 오차(BSE) 변화율을 추정하는 문제로 귀결된다. 따라서 BSE 변화율을 추정하기 위해서 BSE 되먹임 구조를 기반으로 BSE 변화율 추정기를 설계하며 BSE 시상수에 따른 추정 성능을 분석한다. 또한 잡음 환경에서의 시선각속도 추정 성능을 보완하기 위하여 추정기의 시상수를 혼용하는 방식을 제안하며 몬테카를로 시뮬레이션을 수행하여 제안한 추정기법의 성능 분석을 수행한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 연구개요 1
• 1.1. 연구배경 1
• 1.2. 유사 연구 사례 6
• 1.2.1. 피치-요 김발 탐색기 시선각속도 추정 6
• 1.2.2. 롤-피치 김발 탐색기 시선각속도 추정 9
• 1.3. 연구 의의 11
• 1.4. 논문의 구성 12
• 2. 롤 커플된 시선각속도 방정식 정식화 13
• 2.1. 좌표계 정의 13
• 2.2. 각변화율 기반 시선각속도 정식화 18
• 2.3. 정식화 변수 분석 24
• 2.4. 시선각속도 정식화 검증 26
• 2.4.1. 요격체 모델 구성 27
• 2.4.2. 표적 모델 구성 36
• 2.4.3. 시선각속도 추정 루프 37
• 2.4.4. 시뮬레이션 결과 38
• 3. 롤 커플된 시선각속도 추정 45
• 3.1. BSE 변화율 추정기 45
• 3.2. 추정기 성능 분석 46
• 3.2.1. 시스템 잡음 모델링 46
• 3.2.2. 시뮬레이션 결과 52
• 3.3. BSE 변화율 추정기 성능 개선 67
• 3.3.1. BSE 변화율 추정기 문제점 67
• 3.3.2. 2-Gain BSE 변화율 추정기 69
• 3.3.3. 시뮬레이션 결과 70
• 4. 결 론 76
• 참고문헌 78